WO2016147503A1 - Ｍｅｍｓ圧力センサとその位置決め方法 - Google Patents

Ｍｅｍｓ圧力センサとその位置決め方法 Download PDF

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信一 高橋
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Definitions

  • the present invention relates to a micro electro mechanical systems (hereinafter referred to as MEMS) pressure sensor device, a pressure measurement system using the pressure sensor device, and a MEMS pressure sensor positioning method.
  • MEMS micro electro mechanical systems
  • Patent Document 1 discloses a measurement system that measures, for example, the pulse pressure of the radial artery using an optical sensor.
  • an optical probe including a light emitting element that emits light to a blood vessel through the skin and a light receiving element that receives reflected light from the blood vessel or transmitted light through the blood vessel through the skin.
  • An optical probe circuit including a touch element, a drive circuit that drives a light emitting element based on an input drive signal, and a detection circuit that converts light received by the light receiving element into an electrical signal and outputs the signal is used.
  • the self-excited oscillation signal is generated from the detection circuit by directly synchronizing and feeding back the electrical signal as a drive signal to the drive circuit. It is characterized by comprising measurement means for measuring as a pulse wave signal, and control means for controlling the operating point of at least one of the detection circuit and the drive circuit so that the level of the self-excited oscillation signal is substantially maximized. .
  • FIG. 1 is a schematic view showing a configuration example of a pulse wave sphygmomanometer system according to a conventional example
  • FIG. 1 (a) is a longitudinal sectional view seen from the side of a MEMS pressure sensor 220
  • FIG. 1 (b) is a wrist
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a measurement state when the MEMS pressure sensor 220 of FIG. 1 is brought into close contact with the radial artery portion 7 of the wrist 8 (for example, Patent Literature 1). 2).
  • a MEMS pressure sensor 220 is connected to a pulse wave sphygmomanometer main body 210 via connectors 211a and 211b by cables and measures blood pressure by a known method based on a vascular pulse wave signal.
  • the voltage signal obtained by pressure / voltage conversion of the pressure fluctuation of the radial artery pressure detected by the MEMS pressure sensor 220 is obtained.
  • the blood pressure of the measurement subject can be measured by converting the blood pressure into a blood pressure using a method in which the voltage signal is associated with the standard blood pressure value measured in advance.
  • the diameter of the pressure detecting cavity hole 220h of the MEMS pressure sensor 220 is as small as about 1 mm, there are the following problems. (1) The amplitude of the signal waveform from the MEMS pressure sensor 220 is small, contains a lot of noise, the signal quality is extremely poor, and the signal-to-noise power ratio (S / N ratio) is extremely small. (2) Since the site of the radial artery portion 7 is very narrow, the position range where the detection portion of the MEMS pressure sensor 220 is placed is extremely narrow.
  • the object of the present invention is to solve the above-described problems, and the detection part of the MEMS pressure sensor can be accurately positioned, for example, at the site of the radial artery part 7 as compared with the conventional example. It is to provide a MEMS pressure sensor capable of obtaining a / N ratio, a pressure measurement system using the same, and a positioning method of the MEMS pressure sensor.
  • the MEMS pressure sensor according to the first invention is The diaphragm has a first space on the pressure detection surface side, and has a diaphragm for detecting pressure using the pressure detection surface facing the first space, and outputs an electrical signal corresponding to the detected pressure.
  • a MEMS pressure sensor The first film sheet that supports the MEMS pressure sensor and is placed in contact with the part to be measured, the pressure detection surface communicating with the first space and larger than the first space.
  • the apparatus Before placing on the measuring section, the apparatus further comprises a second film sheet for placing the portion to be measured so that the portion of the portion to be measured is positioned in the third space.
  • the first space, the second space, and the third space are hermetically sealed when the MEMS pressure sensor device is placed on the measured part via the second film sheet.
  • the pressure of the measured part is transmitted to the diaphragm of the MEMS pressure sensor through the first space, the second space, and the third space, and the MEMS pressure sensor detects the pressure. It is characterized by performing.
  • the first space, the second space, and the third space each have a bottom surface substantially parallel to the pressure detection surface of the diaphragm and are substantially coaxial with each other. It is characterized by having a cylindrical shape or an elliptical cylindrical shape.
  • the diameter of the bottom surface of the third space is larger than the diameter of the bottom surface of the second space.
  • the diameter of the bottom surface of the second space is larger than the diameter of the bottom surface of the first space.
  • the first and second film sheets are adhesive sheets.
  • the pressure measurement system is: The MEMS pressure sensor device; And a pressure measuring unit that calculates and outputs a pressure value by referring to a relationship between an electric signal level measured in advance and a pressure value based on an electric signal from the MEMS pressure sensor device.
  • the third space of the MEMS pressure sensor device is provided in close proximity to the blood vessel of the measurement target portion so as to detect pressure,
  • the pressure measuring unit calculates and outputs a pulse pressure value that is the pressure value.
  • a positioning method of the MEMS pressure sensor device is as follows.
  • the diaphragm has a first space on the pressure detection surface side, and has a diaphragm for detecting pressure using the pressure detection surface facing the first space, and outputs an electrical signal corresponding to the detected pressure.
  • a method for positioning a MEMS pressure sensor device comprising: a first film sheet having a second space having a size in a direction parallel to Using the second film sheet having a third space having a size in a direction parallel to the pressure detection surface, the second film is so positioned that the part to be measured is located in the third space. Placing the sheet on the portion of the measured part; Next, the MEMS pressure sensor device having the first film sheet is placed on the second film sheet so that the second space is positioned in the third space, thereby the MEMS pressure sensor device. Positioning to the part to be measured.
  • the detection part of the MEMS pressure sensor is accurately positioned at the site of the radial artery part 7 as compared with the conventional example. Therefore, a larger S / N ratio can be obtained as compared with the conventional example.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a measurement state when the MEMS pressure sensor 220 of FIG. 1 is brought into close contact with the radial artery portion 7 of the wrist 8.
  • FIG. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the pressure sensor part 40 which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a bottom view of the pressure sensor part 40 of FIG. 3A.
  • FIG. 3A It is a block diagram which shows the structure of the pulse pressure measurement system 100 using the pressure sensor part 40 of FIG. 3A. It is a perspective view which shows the pressure sensor part 40 which attached the pressure sensor part 40 of FIG. 3A to the radial artery part 7 of the to-be-measured person 6.
  • FIG. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of 40 A of pressure sensor parts which concern on Embodiment 2 of this invention. It is a longitudinal cross-sectional view which shows pressure sensor part 40A which attached 40 A of pressure sensor parts of FIG. 6 to the radial artery part 7 of the to-be-measured person 6.
  • FIG. 1 is a photograph of a signal waveform of an experimental result when measuring a pulse wave signal of a radial artery using the MEMS pressure sensor 220 of FIG. 1 according to a conventional example, and (a) is an output signal waveform of the MEMS pressure sensor 220.
  • FIG. Yes (b) is a signal waveform when the output signal is passed through a low-pass filter.
  • 6 is a photograph of a signal waveform of an experimental result when measuring a pulse wave signal of a radial artery using the MEMS pressure sensor 40A of FIG. 6 according to the second embodiment, and (a) is an output of the MEMS pressure sensor 40A.
  • (B) is a signal waveform when the output signal is passed through a low-pass filter.
  • FIG. 3A is a longitudinal sectional view showing the configuration of the pressure sensor unit 40 according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 3B is a bottom view of the pressure sensor unit 40 of FIG. 3A.
  • the MEMS pressure sensor 1 is fixed using a plurality of solder balls 31.
  • a space 30 corresponding to the thickness of the solder ball 31 is formed.
  • the MEMS pressure sensor 1 has, for example, a rectangular flat plate shape having a width d3, and has a diaphragm 2 that is a pressure detection surface 2a having, for example, a circular or elliptical shape at the center thereof.
  • the space 30 is formed on the surface 2b side of the diaphragm 2 facing the pressure detection surface 2a.
  • the diaphragm 2 has a thickness t3 that is thinner than the thickness t2 of the MEMS pressure sensor 1 in the vicinity of the uppermost portion of the MEMS pressure sensor 1, and is a space that is, for example, a cylindrical or elliptical cylindrical hole below the diaphragm 2. 21 is formed.
  • the space 21 is sealed with respect to the diaphragm 2, but the lower direction is open, and the space 21 and the space 30 are not communicated with each other.
  • the MEMS pressure sensor 1 has a space 21 having a height t2 on the pressure detection surface 2a side of the diaphragm 2, and detects pressure using the pressure detection surface 2a facing the space 21, and the electric pressure corresponding to the detected pressure is detected.
  • the signal is output through a cable 41 inserted through the dielectric substrate 10.
  • a pad 11 having a thickness t3 which is, for example, a double-sided adhesive sheet is attached to a part of the lower surface 10a of the dielectric substrate 10 and a part of the side surface 1a and the lower surface 1b of the MEMS pressure sensor 1.
  • the pressure sensor 1 and the dielectric substrate 10 are supported.
  • the pad 11 is supported by a bottom surface 11b (having a hole of a downward space 22 described later in the center) of the space in the center of the thickness (t3-t4) of the upper part.
  • the pad 11 is placed so that the bottom surface 11a of the pad 11 is in contact with the measured portion, for example, the radial artery portion 7 (see FIG.
  • the space 22 is a through-hole having a size in a direction parallel to the pressure detection surface 2a, which is larger than the space 21.
  • each of the space 21 and the space 22 has a bottom surface substantially parallel to the pressure detection surface 2a of the diaphragm 2, and has a substantially cylindrical shape or an elliptical cylinder shape that is coaxial with each other, or a square shape, for example. It has a shape such as a square shape or a rectangular shape.
  • the diameter d2 of the bottom surface of the space 22 is configured to be larger than the diameter d1 of the bottom surface of the space 21.
  • the pressure sensor unit 40 configured as described above When the pressure sensor unit 40 configured as described above is placed in contact with the measurement target portion, for example, the radial artery portion 7 (see FIG. 5) of the wrist 8 of the measurement subject, the space 21 and the space 22 are placed. Is sealed to form a sealed space, and the pressure of the part to be measured is transmitted to the diaphragm 2 of the MEMS pressure sensor 1 through the space 21 and the space 22, and the MEMS pressure sensor 1 detects the pressure. A pressure detection signal of the MEMS pressure sensor 1 is output via the cable 41.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of the pulse pressure measurement system 100 using the pressure sensor unit 40 of FIG. 3A.
  • the pressure detection signal from the pressure sensor unit 40 placed so that the space 22 of the pressure sensor unit 40 is close to the measurement subject 6, for example, the radial artery unit 7 so as to detect pressure is a cable 41, a connector
  • the signal is input to the signal amplifier 43 of the signal relay unit 120 via 42a and 42b.
  • the signal amplifier 43 amplifies the input pressure detection signal and inputs the amplified pressure detection signal to the A / D converter 53 of the pulse pressure measuring unit main body 110 via the cable 44.
  • the pulse pressure measuring unit main body 110 includes, for example, a device controller 50 including a blood vessel pulse pressure measurement processing module 51 and an internal memory 50m, a display unit 52 such as a liquid crystal display, and an A / D converter 53. It is prepared for.
  • the A / D converter 53 A / D converts the input pressure detection signal into digital data, and then outputs it to the device controller 50.
  • the apparatus controller 50 executes the processing of the blood vessel pulse pressure measurement processing module 51, thereby preliminarily measuring and storing the signal level versus pressure value calibration table (the electric signal level and pressure value of the pressure detection signal) in the internal memory 50m.
  • the digital data of the pressure detection signal is converted into a pulse pressure value and output to the display unit 52 for display.
  • the apparatus controller 50 calculates the vascular pulse wave signal by executing the above vascular pulse pressure measurement process in real time and displays it on the display unit 52.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the pressure sensor unit 40 in which the pressure sensor unit 40 of FIG. 3A is attached to the radial artery portion 7 of the person 6 to be measured. As apparent from FIG. 5, the pressure sensor 40 is attached to the radial artery 7 of the person to be measured 6 to measure the pulse pressure.
  • the inventors made a prototype of the pressure sensor unit 40 and the pulse pressure measurement system 100 according to the embodiment of the present invention.
  • the design result that the diameter d1 of the diaphragm 2 (space 21) of the MEMS pressure sensor 1 of the pressure sensor unit 40 is most preferably about 1 mm was obtained.
  • the length d4 of one side of the dielectric substrate 10 and the pad 11 is 3 to 4 mm
  • the diameter d2 of the space 22 is 2 to 3 mm.
  • the thickness t2 of the MEMS pressure sensor 1 was 400 ⁇ m
  • the thickness of the lower portion of the pad 11 was 0.5 to 1 mm.
  • the pressure sensor unit 40 When the pressure sensor unit 40 according to the present embodiment configured as described above is placed on the measurement target, the space 21 and the space 22 are sealed to form a sealed space, and the pressure of the measurement target is changed to the space 21 and the space.
  • the pressure is transmitted to the diaphragm 2 of the MEMS pressure sensor 1 through 22 and the MEMS pressure sensor 1 detects the pressure. Therefore, even if the position of the MEMS pressure sensor 1 is deviated from the measurement position, the pressure of the part to be measured can be accurately measured.
  • non-invasive blood pressure pulse waves can be measured over a long period of time.
  • FIG. FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a pressure sensor unit 40A according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the pressure sensor unit 40 ⁇ / b> A according to the second embodiment is different from the pressure sensor unit 40 of FIG. 3A in the following points.
  • (1) The bottom surface portion of the pad 11 was deleted, and the film sheet 12 having a thickness t4 was adhered.
  • the film sheet 12 forms a space 22 in the center thereof by the pressure detecting cavity 12h.
  • a film sheet 13 that adheres to the radial artery portion 7 of the wrist 8 in advance is further provided.
  • the film sheet 13 forms a space 23 having a size in a direction parallel to the pressure detection surface by a pressure detection cavity 13h at the center thereof.
  • the diameter d5 of the pressure detection cavity 13h is larger than the diameter d2 of the pressure detection cavity 12h of the film sheet 12.
  • the sealed spaces described in the first embodiment are configured by the spaces 21, 22, and 23.
  • a mark 10C indicating the center is preferably drawn at the center of the upper surface of the dielectric substrate 10 of the pressure sensor 40A.
  • the pressure sensor part 40A is provided on the radial artery part 7 of the wrist 8 of the person to be measured in order to detect vascular pulsation with a higher S / N ratio. It is necessary to place it accurately.
  • the following procedure is used as shown in FIG. (Step A) First, the film sheet 13 is affixed to the position of the radial artery portion 7 (preferably the place where the position where the pulse can be taken first is confirmed and marked) is preferred.
  • the film sheet 13 is positioned so that the adhesive lower surface 13b of the film sheet 13 adheres to the skin surface of the radial artery part 7 and the central part of the pressure detection cavity 13h of the film sheet 13 is located in the radial artery part 7. And paste it.
  • the film sheet 12 of the pressure sensor unit 40 ⁇ / b> A is attached to the upper surface 13 a of the film sheet 13.
  • the mark 10C is positioned at the center of the pressure detection cavity hole 13h, that is, the center of the pressure detection cavity hole 12h of the film sheet 12 is positioned at the center of the pressure detection cavity hole 13h.
  • the pressure sensor portion 40A having the film sheet 12 is positioned.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing the pressure sensor unit 40A in which the pressure sensor unit 40A of FIG. 6 is attached to the radial artery portion 7 of the person to be measured 6. That is, FIG. 7 shows a state after step B.
  • the sealed spaces 21, 22, and 23 for detecting pulsation by the MEMS sensor can be reliably formed in the two-step pasting step.
  • the pressure sensor unit 40A of the second embodiment is similar to the pressure sensor unit 40 according to the first embodiment, and when the pressure sensor unit 40A is placed on the measurement target, the spaces 21, 22, and 23 are sealed. A space is formed, and the pressure of the part to be measured is transmitted to the diaphragm 2 of the MEMS pressure sensor 1 through the spaces 21, 22 and 23, and the MEMS pressure sensor 1 detects the pressure. Therefore, even if the position of the MEMS pressure sensor 1 is deviated from the measurement position, the pressure of the part to be measured can be accurately measured. In addition, since it is not necessary to apply pressure to the part to be measured, for example, non-invasive blood pressure pulse waves can be measured over a long period of time.
  • FIG. 8 is a photograph of a signal waveform of an experimental result when measuring the pulse wave signal of the radial artery using the MEMS pressure sensor 220 of FIG. 1 according to the conventional example, and FIG. FIG. 8B is a signal waveform when the output signal is passed through the low-pass filter.
  • 9 is a photograph of a signal waveform of an experimental result when the pulse wave signal of the radial artery is measured using the MEMS pressure sensor unit 40A of FIG. 6 according to the second embodiment, and FIG. It is an output signal waveform of the MEMS pressure sensor unit 40A, and FIG. 9B is a signal waveform when the output signal is passed through the low-pass filter.
  • the signal waveform of the second embodiment has a significantly higher S / N ratio in both the output waveform of the sensor and the signal waveform after low-pass compared to the signal waveform of the conventional example. Can be measured.
  • the pulse pressure measurement system and the blood pressure measurement system have been described.
  • the pressure measurement system measures the pulse pressure of animals other than humans and general pressure. And can be applied to a blood pressure measurement system.
  • the pressure sensor units 40 and 40A can be used as a pressure sensor device, and can detect not only the pulse pressure of blood vessels but also the pulse pressures of animals other than humans and general pressures.
  • each cavity hole is not limited to a cylindrical shape, and may be an elliptical cylindrical shape.
  • the MEMS pressure sensor device when the MEMS pressure sensor device is placed on the measurement target portion, a sealed space is formed, and the pressure of the measurement target portion passes through two or three spaces.
  • the MEMS pressure sensor is transmitted to the diaphragm and detects the pressure. Therefore, even if the position of the MEMS pressure sensor is deviated from the measurement position, the pressure of the part to be measured can be accurately measured.
  • non-invasive blood pressure pulse waves can be measured over a long period of time.
  • the detection part of the MEMS pressure sensor can be accurately positioned at the radial artery part as compared with the conventional example, and a large S / N ratio can be obtained as compared with the conventional example. it can.
  • a / D converter 100: Pulse pressure measurement system, 110 ... pulse pressure measuring unit main body, 120 ... signal relay part, 210 ... pulse wave sphygmomanometer body, 211a, 211b ... connectors, 220 ... MEMS pressure sensor, 220h: Pressure detection cavity hole.

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Abstract

　ダイアフラムの圧力検出面側に第１の空間を有し、第１の空間に対面する圧力検出面を用いて圧力の検出を行うダイアフラムを有し、検出した圧力に対応する電気信号を出力するＭＥＭＳ圧力センサと、ＭＥＭＳ圧力センサを支持して被測定部に接触して載置される第１のフィルムシートであって、第１の空間に連通しかつ第１の空間よりも大きな、圧力検出面に平行な方向のサイズを有する第２の空間を有する第１のフィルムシートとを備えるＭＥＭＳ圧力センサ装置であって、圧力検出面に平行な方向のサイズを有する第３の空間を有する第２のフィルムシートであって、ＭＥＭＳ圧力センサ装置を被測定部に載置する前に、被測定部の部位が第３の空間に位置するように載置するための第２のフィルムシートをさらに備える。

Description

ＭＥＭＳ圧力センサとその位置決め方法
　本発明は、マイクロ電気機械システム（Micro Electro Mechanical Systems；以下、ＭＥＭＳという。）圧力センサ装置とそれを用いた圧力計測システム及びＭＥＭＳ圧力センサの位置決め方法に関する。
　例えば、特許文献１においては、光センサを用いて例えば橈骨動脈部の脈圧を測定する測定システムが開示されている。
　特に、特許文献１に係る発明では、皮膚を介して血管に光を放射する発光素子と、血管からの反射光又は血管を介した透過光を皮膚を介して受光する受光素子とを含む光探触子と、入力される駆動信号に基づいて発光素子を駆動する駆動回路と、受光素子により受光された光を電気信号に変換して出力する検出回路とを備えた光探触子回路を用いて血管脈波測定を行う血管脈波測定システムにおいて、電気信号を駆動信号として駆動回路に直接に同期帰還することで、検出回路から自励発振信号を発生して、当該自励発振信号を血管脈波信号として測定する測定手段と、自励発振信号のレベルが実質的に最大となるように、検出回路及び駆動回路の少なくとも一方の動作点を制御する制御手段とを含むことを特徴としている。
　図１は従来例に係る脈波血圧計システムの構成例を示す概略図であり、図１（ａ）はＭＥＭＳ圧力センサ２２０の側面から見た縦断面図であり、図１（ｂ）は手首への接触面から見た底面図であり、図２は図１のＭＥＭＳ圧力センサ２２０を手首８の橈骨動脈部７に密着させたときの測定状態を示す縦断面図である（例えば、特許文献２参照）。
　図１において、ＭＥＭＳ圧力センサ２２０はケーブルによりコネクタ２１１ａ，２１１ｂを介して脈波血圧計本体２１０に接続されて血管脈波信号に基づいて公知の方法により血圧を測定する。ここで、図２に示すように、ＭＥＭＳ圧力センサ２２０を手首８の橈骨動脈部７に密着させた後、ＭＥＭＳ圧力センサ２２０により検出した橈骨動脈圧の圧力変動を、圧力／電圧変換した電圧信号として検知し、あらかじめ測定した標準血圧値に電圧信号を対応させる方式で血圧に換算することで、被測定者の血圧を測定することができる。
特許第５０１７５０１号公報 国際出願公開第２０１２／１０１９５１号パンフレット
山越憲一、戸川達男共著、「生体用センサと計測装置」、日本生体医工学会編／ＭＥ教科書シリーズ、Ａ－１、ｐｐ．４９－５０、コロナ社、２０００年９月２５日発行
　しかしながら、ＭＥＭＳ圧力センサ２２０の圧力検知用空洞孔２２０ｈの直径が１ｍｍ程度と非常に小さいことから下記の問題点があった。
（１）ＭＥＭＳ圧力センサ２２０からの信号波形の振幅が小さく、雑音を多く含み、信号品質がきわめて悪く、信号対雑音電力比（Ｓ／Ｎ比）がきわめて小さい。
（２）橈骨動脈部７の部位が非常に狭いために、ＭＥＭＳ圧力センサ２２０の検知部を載置する位置範囲がきわめて狭い。
　本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来例に比較してＭＥＭＳ圧力センサの検知部を正確に例えば橈骨動脈部７の部位に位置決めすることができ、従来例に比較して大きなＳ／Ｎ比を得ることができるＭＥＭＳ圧力センサとそれを用いた圧力計測システム、及びＭＥＭＳ圧力センサの位置決め方法を提供することにある。
　第１の発明に係るＭＥＭＳ圧力センサは、
　ダイアフラムの圧力検出面側に第１の空間を有し、上記第１の空間に対面する圧力検出面を用いて圧力の検出を行うダイアフラムを有し、検出した圧力に対応する電気信号を出力するＭＥＭＳ圧力センサと、
　上記ＭＥＭＳ圧力センサを支持して被測定部に接触して載置される第１のフィルムシートであって、上記第１の空間に連通しかつ上記第１の空間よりも大きな、上記圧力検出面に平行な方向のサイズを有する第２の空間を有する第１のフィルムシートとを備えるＭＥＭＳ圧力センサ装置であって、
　上記ＭＥＭＳ圧力センサ装置を上記被測定部に位置決めするために上記圧力検出面に平行な方向のサイズを有する第３の空間を有する第２のフィルムシートであって、上記ＭＥＭＳ圧力センサ装置を上記被測定部に載置する前に、上記被測定部の部位が上記第３の空間に位置するように載置するための第２のフィルムシートをさらに備えたことを特徴とする。
　上記ＭＥＭＳ圧力センサにおいて、上記ＭＥＭＳ圧力センサ装置を上記第２のフィルムシートを介して上記被測定部に載置したときに上記第１の空間、上記第２の空間及び第３の空間が密閉されて密閉空間となり、上記被測定部の圧力が上記第１の空間、上記第２の空間及び上記第３の空間を介して上記ＭＥＭＳ圧力センサのダイアフラムに伝達されて上記ＭＥＭＳ圧力センサが圧力の検出を行うことを特徴とする。
　また、上記ＭＥＭＳ圧力センサにおいて、上記第１の空間、上記第２の空間及び第３の空間はそれぞれ、上記ダイアフラムの圧力検出面に実質的に平行な底面を有し、かつ互いに同軸である実質的に円筒形状又は楕円筒形状を有することを特徴とする。
　さらに、上記ＭＥＭＳ圧力センサにおいて、上記第３の空間の底面の直径は上記第２の空間の底面の直径よりも大きいことを特徴とする。
　またさらに、上記ＭＥＭＳ圧力センサにおいて、上記第２の空間の底面の直径は上記第１の空間の底面の直径よりも大きいことを特徴とする。
　また、上記ＭＥＭＳ圧力センサにおいて、上記第１及び第２のフィルムシートは粘着性シートであることを特徴とする。
　第２の発明に係る圧力計測システムは、
　上記ＭＥＭＳ圧力センサ装置と、
　上記ＭＥＭＳ圧力センサ装置からの電気信号に基づいて、予め計測された電気信号レベルと圧力値との関係を参照して圧力値を算出して出力する圧力計測部とを備えることを特徴とする。
　上記圧力計測システムにおいて、上記ＭＥＭＳ圧力センサ装置の第３の空間は上記被測定部の血管に、圧力検出可能に近接して設けられ、
　上記圧力計測部は上記圧力値である脈圧値を算出して出力することを特徴とする。
　第３の発明に係るＭＥＭＳ圧力センサ装置の位置決め方法は、
　ダイアフラムの圧力検出面側に第１の空間を有し、上記第１の空間に対面する圧力検出面を用いて圧力の検出を行うダイアフラムを有し、検出した圧力に対応する電気信号を出力するＭＥＭＳ圧力センサと、
　上記ＭＥＭＳ圧力センサを支持して被測定部に接触して載置される第１のフィルムシートであって、上記第１の空間に連通しかつ上記第１の空間よりも大きな、上記圧力検出面に平行な方向のサイズを有する第２の空間を有する第１のフィルムシートとを備えるＭＥＭＳ圧力センサ装置の位置決め方法であって、
　上記圧力検出面に平行な方向のサイズを有する第３の空間を有する第２のフィルムシートを用いて、上記被測定部の部位が上記第３の空間に位置するように、上記第２のフィルムシートを上記被測定部の部位上に載置するステップと、
　次いで、上記第１のフィルムシートを有するＭＥＭＳ圧力センサを、上記第２の空間が上記第３の空間に位置するように上記第２のフィルムシート上に載置することで、上記ＭＥＭＳ圧力センサ装置を上記被測定部に位置決めするステップとを含むことを特徴とする。
　本発明に係るＭＥＭＳ圧力センサとそれを用いた圧力計測システム、及びＭＥＭＳ圧力センサの位置決め方法によれば、従来例に比較してＭＥＭＳ圧力センサの検知部を正確に橈骨動脈部７の部位に位置決めすることができ、従来例に比較して大きなＳ／Ｎ比を得ることができる。
従来例に係る脈波血圧計システムの構成例を示す概略図であり、（ａ）はＭＥＭＳ圧力センサ２２０の側面から見た縦断面図であり、（ｂ）は手首への接触面から見た底面図である。 図１のＭＥＭＳ圧力センサ２２０を手首８の橈骨動脈部７に密着させたときの測定状態を示す縦断面図である。 本発明の実施形態１に係る圧力センサ部４０の構成を示す縦断面図である。 図３Ａの圧力センサ部４０の底面図である。 図３Ａの圧力センサ部４０を用いた脈圧計測システム１００の構成を示すブロック図である。 図３Ａの圧力センサ部４０を被測定者６の橈骨動脈部７に取り付けた圧力センサ部４０を示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る圧力センサ部４０Ａの構成を示す縦断面図である。 図６の圧力センサ部４０Ａを被測定者６の橈骨動脈部７に取り付けた圧力センサ部４０Ａを示す縦断面図である。 従来例に係る図１のＭＥＭＳ圧力センサ２２０を用いて橈骨動脈部の脈波信号を測定したときの実験結果の信号波形の写真であって、（ａ）はＭＥＭＳ圧力センサ２２０の出力信号波形であり、（ｂ）は当該出力信号を低域通過フィルタを通過させたときの信号波形である。 実施形態２に係る図６のＭＥＭＳ圧力センサ部４０Ａを用いて橈骨動脈部の脈波信号を測定したときの実験結果の信号波形の写真であって、（ａ）はＭＥＭＳ圧力センサ部４０Ａの出力信号波形であり、（ｂ）は当該出力信号を低域通過フィルタを通過させたときの信号波形である。
　以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。
実施形態１．
　図３Ａは本発明の実施形態１に係る圧力センサ部４０の構成を示す縦断面図であり、図３Ｂは図３Ａの圧力センサ部４０の底面図である。
　図３Ａ及び図３Ｂにおいて、例えばガラス又はエポキシなどの誘電体にてなり、厚さｔ１及び幅ｄ４の四角平板形状の誘電体基板（半導体基板であってもよい）１０の下側中央部に、ＭＥＭＳ圧力センサ１が複数の半田ボール３１を用いて固定される。半田ボール３１の厚さ分だけの空間３０が形成される。ＭＥＭＳ圧力センサ１は例えば幅ｄ３の四角平板形状を有し、その中央部に例えば円形又は楕円形状を有する圧力検出面２ａであるダイアフラム２を有する。ダイアフラム２の圧力検出面２ａに対向する面２ｂ側に上記空間３０が形成される。ダイアフラム２はＭＥＭＳ圧力センサ１の最上部の近傍においてＭＥＭＳ圧力センサ１の厚さｔ２よりも薄い厚さｔ３を有し、当該ダイアフラム２の下側に例えば円筒形状又は楕円筒形状の孔である空間２１が形成される。空間２１はダイアフラム２に対して密閉されているが、下側方向は開放されており、空間２１と空間３０とは連通されていない。ＭＥＭＳ圧力センサ１は、ダイアフラム２の圧力検出面２ａ側に高さｔ２の空間２１を有し、空間２１に対面する圧力検出面２ａを用いて圧力の検出を行い、検出した圧力に対応する電気信号を、誘電体基板１０を貫通して挿入されたケーブル４１を介して出力する。
　誘電体基板１０の下面の一部１０ａ及びＭＥＭＳ圧力センサ１の側面１ａ及び下面１ｂの一部に接触して例えば両面の粘着性シートである厚さｔ３のパッド１１が貼付され、パッド１１はＭＥＭＳ圧力センサ１及び誘電体基板１０を支持する。ここで、パッド１１はその上部の厚さ（ｔ３－ｔ４）の中央部の空間の底面１１ｂ（中央部に後述する下方向の空間２２の孔を有する）で支持する。そして、パッド１１はその底面１１ａが例えば被測定者の手首８の橈骨動脈部７（図５参照）である被測定部に接触して載置され、パッド１１の中央部において空間２１に連通しかつ空間２１よりも大きな、圧力検出面２ａに平行な方向のサイズを有する貫通孔である空間２２を有する。ここで、空間２１及び空間２２はそれぞれ、例えばダイアフラム２の圧力検出面２ａに実質的に平行な底面を有し、かつ例えば互いに同軸である実質的に円筒形状又は楕円筒形状、あるいは正方形などの角形形状又は矩形形状等の形状を有する。実施形態では、空間２２の底面の直径ｄ２は空間２１の底面の直径ｄ１よりも大きくなるように構成されている。
　以上のように構成された圧力センサ部４０を、例えば被測定者の手首８の橈骨動脈部７（図５参照）である被測定部に接触して載置したときに、空間２１及び空間２２が密閉されて密閉空間となり、被測定部の圧力が空間２１及び空間２２を介してＭＥＭＳ圧力センサ１のダイアフラム２に伝達されてＭＥＭＳ圧力センサ１が圧力の検出を行う。ＭＥＭＳ圧力センサ１の圧力検出信号はケーブル４１を介して出力される。
　図４は図３Ａの圧力センサ部４０を用いた脈圧計測システム１００の構成を示すブロック図である。
　図４において、圧力センサ部４０の空間２２が被測定者６の例えば橈骨動脈部７に圧力検出可能に近接するように載置された圧力センサ部４０からの圧力検出信号は、ケーブル４１、コネクタ４２ａ，４２ｂを介して、信号中継部１２０の信号増幅器４３に入力される。信号増幅器４３は入力される圧力検出信号を増幅してケーブル４４を介して脈圧計測部本体１１０のＡ／Ｄ変換器５３に入力される。
　脈圧計測部本体１１０は、例えばディジタル計算機で構成され血管脈圧測定処理モジュール５１及び内部メモリ５０ｍを有する装置コントローラ５０と、例えば液晶ディスプレイなどの表示部５２と、Ａ／Ｄ変換器５３とを備えて構成される。Ａ／Ｄ変換器５３は入力される圧力検出信号をディジタルデータにＡ／Ｄ変換した後、装置コントローラ５０に出力する。装置コントローラ５０は、血管脈圧測定処理モジュール５１の処理を実行することにより、内部メモリ５０ｍに予め測定されて格納された信号レベル対圧力値校正テーブル（圧力検出信号の電気信号レベルと圧力値との関係を示す）を用いて、圧力検出信号のディジタルデータを脈圧値に変換して表示部５２に出力して表示する。ここで、装置コントローラ５０は上記の血管脈圧測定処理をリアルタイムに実行することにより血管脈波信号を算出して表示部５２に表示する。
　図５は図３Ａの圧力センサ部４０を被測定者６の橈骨動脈部７に取り付けた圧力センサ部４０を示す斜視図である。図５から明らかなように、圧力センサ部４０を被測定者６の橈骨動脈部７に取り付けて脈圧を計測する。
　発明者らは、本発明の実施形態に係る圧力センサ部４０及び脈圧計測システム１００を試作した。圧力センサ部４０のＭＥＭＳ圧力センサ１のダイアフラム２（空間２１）の直径ｄ１は１ｍｍ程度が最も好ましいという設計結果を得た。ここで、誘電体基板１０及びパッド１１の１辺の長さｄ４は３～４ｍｍとし、空間２２の直径ｄ２は２～３ｍｍとした。なお、ＭＥＭＳ圧力センサ１の厚さｔ２は４００μｍであり、パッド１１の下部の厚さは０．５～１ｍｍであった。すなわち、従来技術のごとく空間２２がないときは、ＭＥＭＳ圧力センサ１のダイアフラム２の直径ｄ１の１ｍｍの範囲で血管の位置決めをする必要があり、その位置がずれたときは脈圧を検出できなかった。しかし、本実施形態では、空間２２を備えることにより、ＭＥＭＳ圧力センサ１のダイアフラム２が１～１．５ｍｍ程度ずれても空間２２の範囲にあれば、脈圧を確実に検出することができる。また、本実施形態のＭＥＭＳ圧力センサ装置では、圧力を印加することなく、脈圧を検出できるので、長時間にわたって非観血的血圧脈波の測定を行うことができる。また、従来例のごとく、特許文献２の測定方法を用いて被測定者の血圧を測定することができる。
　以上のように構成された本実施形態に係る圧力センサ部４０を被測定部に載置したときに、空間２１及び空間２２が密閉されて密閉空間となり、被測定部の圧力が空間２１及び空間２２を介してＭＥＭＳ圧力センサ１のダイアフラム２に伝達されてＭＥＭＳ圧力センサ１が圧力の検出を行う。従って、ＭＥＭＳ圧力センサ１の位置が測定位置に対してずれていても、被測定部の圧力を正確に測定することができる。また、被測定部に対して圧力を印加する必要がないので、長時間にわたって、例えば非観血的血圧脈波の測定を行うことができる。
実施形態２．
　図６は本発明の実施形態２に係る圧力センサ部４０Ａの構成を示す縦断面図である。図６において、実施形態２に係る圧力センサ部４０Ａは、図３Ａの圧力センサ部４０に比較して以下の点が異なる。
（１）パッド１１の底面部を削除して厚さｔ４のフィルムシート１２を接着させた。ここで、フィルムシート１２はその中央部に圧力検知用空洞孔１２ｈにより空間２２を形成する。
（２）フィルムシート１２を有する圧力センサ部４０Ａの位置決めのために、事前に手首８の橈骨動脈部７に接着するフィルムシート１３をさらに備える。フィルムシート１３はその中央部に圧力検知用空洞孔１３ｈにより、圧力検出面に平行な方向のサイズを有する空間２３を形成する。ここで、フィルムシート１３の橈骨動脈部７への貼付を容易にするために、圧力検知用空洞孔１３ｈの直径ｄ５は、フィルムシート１２の圧力検知用空洞孔１２ｈの直径ｄ２よりも大きい。構成例では、ｄ５＝５ｍｍ、ｄ２＝３ｍｍである。また、空間２１，２２，２３により実施形態１において説明した密閉空間を構成する。
（３）圧力センサ部４０Ａの誘電体基板１０の上面の中央部に中央を示すマーク１０Ｃを好ましくは描いておく。
　次いで、圧力センサ部４０Ａ及びフィルムシート１３を用いた圧力センサ部４０Ａの位置決め方法の手順を以下に説明する。
　ＭＥＭＳ圧力センサの圧力センサ部４０Ａを用いた脈波測定システムにおいて、血管脈動をより高いＳ／Ｎ比で検知するために、被測定者の手首８の橈骨動脈部７上に圧力センサ部４０Ａを正確に配置する必要がある。この動作を効率良く実施するために図８に示すように以下の手順を用いる。
（ステップＡ）最初に橈骨動脈部７の位置（最初に脈の取れる位置を確認しマーキングした箇所が好ましい）にフィルムシート１３を貼付する。ここで、フィルムシート１３の接着下面１３ｂが橈骨動脈部７の皮膚表面に接着し、フィルムシート１３の圧力検知用空洞孔１３ｈの中央部が橈骨動脈部７に位置するようにフィルムシート１３を位置決めして貼付する。
（ステップＢ）次いで、フィルムシート１３の上面１３ａに、圧力センサ部４０Ａのフィルムシート１２を貼付する。ここで、マーク１０Ｃが圧力検知用空洞孔１３ｈの中央部に位置するように、すなわち、フィルムシート１２の圧力検知用空洞孔１２ｈの中央部が圧力検知用空洞孔１３ｈの中央部に位置するように、フィルムシート１２を有する圧力センサ部４０Ａを位置決めする。
　図７は図６の圧力センサ部４０Ａを被測定者６の橈骨動脈部７に取り付けた圧力センサ部４０Ａを示す縦断面図である。すなわち、図７は上記ステップＢの後の状態を示す。
　以上のように、二段階の貼り付けステップでＭＥＭＳセンサで脈動を検知するための密閉空間２１，２２，２３を確実に形成することができる。なお、実施形態２の圧力センサ部４０Ａは実施形態１に係る圧力センサ部４０と同様に、圧力センサ部４０Ａを被測定部に載置したときに、空間２１，２２，２３が密閉されて密閉空間となり、被測定部の圧力が空間２１，２２，２３を介してＭＥＭＳ圧力センサ１のダイアフラム２に伝達されてＭＥＭＳ圧力センサ１が圧力の検出を行う。従って、ＭＥＭＳ圧力センサ１の位置が測定位置に対してずれていても、被測定部の圧力を正確に測定することができる。また、被測定部に対して圧力を印加する必要がないので、長時間にわたって、例えば非観血的血圧脈波の測定を行うことができる。
　図８は従来例に係る図１のＭＥＭＳ圧力センサ２２０を用いて橈骨動脈部の脈波信号を測定したときの実験結果の信号波形の写真であって、図８（ａ）はＭＥＭＳ圧力センサ２２０の出力信号波形であり、図８（ｂ）は当該出力信号を低域通過フィルタを通過させたときの信号波形である。また、図９は実施形態２に係る図６のＭＥＭＳ圧力センサ部４０Ａを用いて橈骨動脈部の脈波信号を測定したときの実験結果の信号波形の写真であって、図９（ａ）はＭＥＭＳ圧力センサ部４０Ａの出力信号波形であり、図９（ｂ）は当該出力信号を低域通過フィルタを通過させたときの信号波形である。
　図８と図９の比較から明らかなように、実施形態２の信号波形は従来例の信号波形に比較して、センサの出力波形及び低域通過後の信号波形ともに、大幅にＳ／Ｎ比を増大させて測定できる。
　以上の本実施形態においては、脈圧計測システム及び血圧測定システムについて説明しているが、本発明はこれに限らず、人間以外の動物の脈圧、及び一般的な圧力を計測する圧力計測システム及び血圧測定システムに適用することができる。また、圧力センサ部４０，４０Ａは圧力センサ装置として用いることができ、血管の脈圧のみならず、人間以外の動物の脈圧、及び一般的な圧力を検出することができる。
　また、各空洞孔が形成する空間２１，２２，２３の形状は円筒形状のみならず、楕円筒形状であってもよい。
　以上詳述したように、本発明によれば、ＭＥＭＳ圧力センサ装置を被測定部に載置したときに密閉空間となり、被測定部の圧力が２つ又は３つの空間を介してＭＥＭＳ圧力センサのダイアフラムに伝達されてＭＥＭＳ圧力センサが圧力の検出を行う。従って、ＭＥＭＳ圧力センサの位置が測定位置に対してずれていても、被測定部の圧力を正確に測定することができる。また、被測定部に対して圧力を印加する必要がないので、長時間にわたって、非観血的血圧脈波の測定を行うことができる。
　また、本発明によれば、従来例に比較してＭＥＭＳ圧力センサの検知部を正確に橈骨動脈部の部位に位置決めすることができ、従来例に比較して大きなＳ／Ｎ比を得ることができる。
１…ＭＥＭＳ圧力センサ、
２…ダイアフラム、
６…被測定者、
７…橈骨動脈部、
８…手首、
１０…誘電体基板、
１１…パッド、
１２，１２Ａ，１３…フィルムシート、
２１，２２，３０…空間、
３１…半田ボール、
４０，４０Ａ…圧力センサ部、
４１，４４…ケーブル、
４２ａ，４２ｂ…コネクタ、
４３…信号増幅器、
５０…装置コントローラ、
５０ｍ…内部メモリ、
５１…血管脈圧測定処理モジュール、
５２…表示部、
５３…Ａ／Ｄ変換器、
１００…脈圧計測システム、
１１０…脈圧計測部本体、
１２０…信号中継部、
２１０…脈波血圧計本体、
２１１ａ，２１１ｂ…コネクタ、
２２０…ＭＥＭＳ圧力センサ、
２２０ｈ…圧力検知用空洞孔。

Claims (9)

  1. 　ダイアフラムの圧力検出面側に第１の空間を有し、上記第１の空間に対面する圧力検出面を用いて圧力の検出を行うダイアフラムを有し、検出した圧力に対応する電気信号を出力するＭＥＭＳ圧力センサと、
    　上記ＭＥＭＳ圧力センサを支持して被測定部に接触して載置される第１のフィルムシートであって、上記第１の空間に連通しかつ上記第１の空間よりも大きな、上記圧力検出面に平行な方向のサイズを有する第２の空間を有する第１のフィルムシートとを備えるＭＥＭＳ圧力センサ装置であって、
    　上記ＭＥＭＳ圧力センサ装置を上記被測定部に位置決めするために上記圧力検出面に平行な方向のサイズを有する第３の空間を有する第２のフィルムシートであって、上記ＭＥＭＳ圧力センサ装置を上記被測定部に載置する前に、上記被測定部の部位が上記第３の空間に位置するように載置するための第２のフィルムシートをさらに備えたことを特徴とするＭＥＭＳ圧力センサ装置。
  2. 　上記ＭＥＭＳ圧力センサ装置を上記第２のフィルムシートを介して上記被測定部に載置したときに上記第１の空間、上記第２の空間及び第３の空間が密閉されて密閉空間となり、上記被測定部の圧力が上記第１の空間、上記第２の空間及び上記第３の空間を介して上記ＭＥＭＳ圧力センサのダイアフラムに伝達されて上記ＭＥＭＳ圧力センサが圧力の検出を行うことを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳ圧力センサ装置。
  3. 　上記第１の空間、上記第２の空間及び第３の空間はそれぞれ、上記ダイアフラムの圧力検出面に実質的に平行な底面を有し、かつ互いに同軸である実質的に円筒形状又は楕円筒形状を有することを特徴とする請求項１又は２記載のＭＥＭＳ圧力センサ装置。
  4. 　上記第３の空間の底面の直径は上記第２の空間の底面の直径よりも大きいことを特徴とする請求項１～３のうちのいずれか１つに記載のＭＥＭＳ圧力センサ装置。
  5. 　上記第２の空間の底面の直径は上記第１の空間の底面の直径よりも大きいことを特徴とする請求項１～４のうちのいずれか１つに記載のＭＥＭＳ圧力センサ装置。
  6. 　上記第１及び第２のフィルムシートは粘着性シートであることを特徴とする請求項１～５のうちのいずれか１つに記載のＭＥＭＳ圧力センサ装置。
  7. 　請求項１～６のうちのいずれか１つに記載のＭＥＭＳ圧力センサ装置と、
    　上記ＭＥＭＳ圧力センサ装置からの電気信号に基づいて、予め計測された電気信号レベルと圧力値との関係を参照して圧力値を算出して出力する圧力計測部とを備えることを特徴とする圧力計測システム。
  8. 　上記ＭＥＭＳ圧力センサ装置の第３の空間は上記被測定部の血管に、圧力検出可能に近接して設けられ、
    　上記圧力計測部は上記圧力値である脈圧値を算出して出力することを特徴とする請求項７記載の圧力計測システム。
  9. 　ダイアフラムの圧力検出面側に第１の空間を有し、上記第１の空間に対面する圧力検出面を用いて圧力の検出を行うダイアフラムを有し、検出した圧力に対応する電気信号を出力するＭＥＭＳ圧力センサと、
    　上記ＭＥＭＳ圧力センサを支持して被測定部に接触して載置される第１のフィルムシートであって、上記第１の空間に連通しかつ上記第１の空間よりも大きな、上記圧力検出面に平行な方向のサイズを有する第２の空間を有する第１のフィルムシートとを備えるＭＥＭＳ圧力センサ装置の位置決め方法であって、
    　上記圧力検出面に平行な方向のサイズを有する第３の空間を有する第２のフィルムシートを用いて、上記被測定部の部位が上記第３の空間に位置するように、上記第２のフィルムシートを上記被測定部の部位上に載置するステップと、
    　次いで、上記第１のフィルムシートを有するＭＥＭＳ圧力センサを、上記第２の空間が上記第３の空間に位置するように上記第２のフィルムシート上に載置することで、上記ＭＥＭＳ圧力センサ装置を上記被測定部に位置決めするステップとを含むことを特徴とするＭＥＭＳ圧力センサ装置の位置決め方法。
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